Infinity Fabric Clock или FCLK на процессорах AMD, как они работают?

Уже в прошлом мы обсуждали и определили, что такое AMDInfinity Fabric , способ соединения различных компонентов, составляющих Процессоры AMD Ryzen . Этот метод соединения также включает новый параметр в процессорах, называемый FCLK or Часы Infinity Fabric , и именно об этом мы и поговорим сегодня в этой статье: что это такое и как его можно использовать для повышения производительности на ПК?

Как вы, наверное, уже знаете, современные процессоры больше не состоят в буквальном смысле из одного чипа, а фактически состоят из ряда взаимосвязанных подсистем, таких как ЦП сам с кеш или Память контроллер. Этот метод соединения, когда мы говорим о процессорах AMD, называется Infinity Fabric и есть свои часы это диктует его операционные характеристики.

Что такое Infinity Fabric на процессорах AMD?

Давайте начнем с самого начала, чтобы поместить вещи в контекст, поэтому давайте сначала определим, что такое Infinity Fabric. Также известная под аббревиатурой IF, мы сталкиваемся с архитектурой межсетевого взаимодействия всей системы, запатентованной AMD (это означает, что мы не можем видеть ее в Intel, например), который отвечает за передачу данных и управление через связанные компоненты, которые, как мы указывали ранее в качестве примера, могут быть, например, кешем или контроллером памяти.

Эта архитектура подключения используется во всех современных микроархитектурах AMD с 2017 года, и не только в процессорах, поскольку она также используется в графических процессорах. По сути, Infinity Fabric - это «технология» (хотя на самом деле это целая архитектура) взаимосвязи внутренних компонентов процессора AMD, включая iGPU, если он у вас есть, контроллер памяти, кэш, USB-контроллер и даже сетевая карта. Если вы хотите узнать, как работает Infinity Fabric, у нас есть статья, посвященная этому.

Что такое Infinity Fabric Clock или FCLK?

Как мы уже объясняли, на самом деле Infinity Fabric - это не что иное, как коммуникационная шина, которая, как таковая, управляется тактовой частотой, которая определяет ее работу, и это именно Infinity Fabric Clock или FCLK. в Дзен и Дзен + процессоров, FCLK не мог быть настроен независимо, но был связан со скоростью Оперативная память память, поэтому были большие различия в производительности при выборе более высокой частоты RAM.

Например, процессору AMD Ryzen первого поколения требовались модули ОЗУ с тактовой частотой не менее 3200 МГц, чтобы существенно не влиять на производительность Infinity Fabric.

Однако с момента появления процессоров архитектуры AMD Zen 2 это изменилось, и теперь FCLK был отделен от памяти и им можно управлять независимо (по крайней мере, на материнских платах с набором микросхем X570) от системного BIOS, при этом система не страдает такой потерей производительности, когда оперативная память слишком медленная.

В настоящее время в процессорах Ryzen 5000 архитектуры Zen 3 частота FCLK ограничена максимумом 2,000 МГц, что соответствует работе на частоте 4,000 МГц в ОЗУ (помните, что ОЗУ - это DDR, Dual Data Rate).

Режимы работы

Имейте в виду, что в процессорах AMD Ryzen помимо обычной тактовой частоты у нас есть еще три: Infinity Fabric Clock (FCLK), о которых мы уже говорили, UCLK (скорость контроллера памяти) и MCLK (скорость самой RAM). Infinity Fabric определяет, насколько быстро ядра процессора могут взаимодействовать друг с другом, когда они находятся на другом кристалле, или с секцией ввода-вывода самого процессора.

По умолчанию эти три частоты имеют соотношение 1: 1: 1, или, другими словами, все три работают синхронно, поэтому FCLK также будет привязан к частоте ОЗУ, но, как мы уже говорили ранее, теперь у нас есть возможность изменить это правило.

Начиная с процессоров AMD Ryzen 3000, использование оперативной памяти с частотой 3733 МГц или более приводит к снижению скорости FCLK, или, другими словами, соотношение, о котором мы говорили ранее, составляет 2: 1 по отношению к MCLK. . Таким образом, если мы установим оперативную память 3733 МГц, ее частота будет 1866 МГц, а FCLK станет 933 МГц.

Другими словами, это означает, что чем выше скорость ОЗУ, тем ниже производительность Infinity Fabric, по крайней мере, достигла определенного предела (3733 МГц, о которых мы упоминали ранее).

Стоит ли увеличивать скорость бега?

Как мы объясняли ранее, FCLK теперь можно модифицировать непосредственно из BIOS на ПК, совместимых с процессором AMD, поэтому, если мы установим действительно быструю память RAM, мы можем быть заинтересованы в увеличении ее рабочей частоты, чтобы иметь лучшую производительность… или нет? Ответ положительный, но с некоторыми «но», поскольку увеличение скорости FCLK требует определенных затрат.

Начнем с того, что мы сталкиваемся с ограничениями, которые мы можем найти при повышении этой рабочей частоты, поскольку это не параметр, который слишком сильно масштабируется. По сути, имеет смысл увеличить скорость работы при использовании ОЗУ 3000 или 3200 МГц, но это вызовет некоторую десинхронизацию задержек ОЗУ и может привести к проблемам в виде синих экранов в дополнение к увеличению задержек ОЗУ.

Теоретически и по мнению известного оверклокера Buildzoid, улучшение FCLK минимум на 166 МГц по сравнению со значением 1: 1 является «прибыльным», несмотря на то, что задержки оперативной памяти увеличиваются. Мы рекомендуем, если вы хотите «поиграть» с этим параметром, поищите вариант, который вам больше всего подходит.

Как изменить часы Infinity Fabric на вашем ПК

Изменить этот параметр можно на материнских платах с набором микросхем AMD X570, и это так же просто, как получить доступ к BIOS и в разделе Overclock или Advanced Options (он меняется в зависимости от производителя) найти параметр FCLK Frequency.

Конечно, если вы заметили какие-либо проблемы нестабильности, мы рекомендуем вам снизить FCLK или вернуть его к значениям по умолчанию. Хороший способ проверить, стабильна ли система и стоит ли повышать это значение, - пройти тест производительности памяти Aida64 до и после внесения изменений.

Платформа socket AM4 развивается в строгом соответствии с «дорожной картой», которую компания представила ещё в момент премьеры процессоров Ryzen первой серии. Мы уже стали свидетелями поэтапного распространения архитектуры Zen во всех сегментах рынка, появления нового поколения APU и «рестайлинга» архитектуры, превратившего её в обещанный, опять же, на старте Zen+.

И, наконец, спустя два весьма насыщенных событиями года, архитектура Zen сменяется новой, более совершенной Zen 2. Причём, как и планировалось с самого начала, смена архитектуры происходит в рамках существующей платформы: процессоры линейки Ryzen 3000 совместимы с материнскими платами на чипсетах 300-ой и 400-ой серии.

Говоря проще - рядовому пользователю никто не запретит заменить условный Ryzen 3 1200 на Ryzen 5 3600, сохранив при этом материнскую плату, купленную ещё в 2017-ом году. Причём, забегая вперёд, – такому апгрейду способствует и сниженное энергопотребление новых ЦПУ.

Однако планы AMD в отношении своей десктопной платформы – не единственная вещь, которую в контексте ситуации можно назвать стабильной и неизменной. Сколько бы поколений центральных процессоров ни было выпущено, и сколь бы серьёзно каждая новая линейка ни отличалась от прародителя, количество и качество комментариев из противоположного лагеря от этого практически не изменяется.

Если перед выходом линейки Ryzen 3000 на рынок максимально активно рассказывалось об их «несовместимости» с платами предыдущих поколений (сколько в этом правды – можно убедиться, зайдя сегодня на страницу практически любой материнки на сайте её производителя), то уже после появления новинок в свободной продаже на острие внимания оказались три самых традиционных темы: работа с оперативной памятью, температурный режим и производительность.

Именно в такой последовательности мы и будем с ними разбираться.

Так, в сегодняшней статье будет рассмотрена зависимость процессоров Ryzen 3000 от частоты и таймингов оперативной памяти, включая синтетические тесты, типовые рабочие задачи и игры. Причём в данном случае нас интересуют только цифры – рекомендации по выбору конкретных модулей остаются уделом форумного FAQ и двух предыдущих материалов на заданную тему.

Ryzen 3000 и шина Infinity Fabric

На сегодняшний день уже далеко не секрет, что вся история с памятью для процессоров Ryzen началась именно из-за шины Infinty Fabric, с помощью которой блоки CCX в процессорах серий 1000 и 2000 были связаны с контроллерами памяти и всех периферийных интерфейсов.

Суть заключалась в том, что частота Infinity Fabric в процессорах этих двух поколений находилась в прямой зависимости от частоты контроллера памяти, а та – от частоты самой оперативной памяти. И, как результат, чем выше была частота оперативки – тем быстрее работал процессор. Даже более того: разгон памяти был единственным способом поднять частоты шины и контроллера, ведь собственных множителей тогда у них не было.

Разумеется, со временем ситуация кардинально поменялась – что вообще типично для AMD, совершенствующей свои продукты чуть ли не в течение всего их жизненного цикла.

Причём улучшения здесь имели не только количественный характер, выражающийся в верхней границе разгона оперативки, но и во влиянии её разгона на производительность. Если в апреле 2017 года на примере Ryzen 1000 и agesa 1004a Summit Ridge можно было говорить об абсолютно линейном приросте производительности, то в июле 2019 с agesa 1002 Matisse зависимость от параметров оперативки казалась уже весьма условной уже на примере Ryzen 2000.

Однако стоит помнить, что архитектуры Zen и Zen+ весьма близки, и не содержат кардинальных различий в плане подсистемы памяти. Вот Zen 2 – уже совсем другое дело, и разговор о новой архитектуре следует начать с нюансов работы всё той же шины Infinity Fabric.

Первое, и наиболее очевидное улучшение здесь – увеличение пропускной способности самой шины. Вместо 256 бит её ширина теперь составляет 512 бит, то есть прирост буквально двухкратный.

Сама компания AMD связывает это улучшение с переходом на стандарт PCI-express версии 4.0 – однако важно понимать, что столь серьёзное повышение пропускной способности интерфейса в любом случае скажется на производительности в целом, и снизит её зависимость от частоты – в частности.

Наглядный пример: если вам нужно набрать воды из колодца на даче – не нужно дважды бегать с двумя вёдрами объёмом по 5 литров, если можно спокойным шагом отнести два ведра объёмом по 10 литров.

А вот второе по счёту улучшение не столь очевидно, хотя гораздо более важно. И оно как раз отсылает нас к сказанному в начале раздела.

Если в Ryzen 1000 и Ryzen 2000 частота шины Infinity Fabric была намертво привязана к частоте контроллера памяти, не имела собственного множителя и могла быть повышена только и исключительно разгоном оперативки, то у Ryzen 3000 такой зависимости НЕТ.

Отдельным абзацем: у Ryzen 3000 шина Infinity Fabric (на слайде - fclk) не привязана к частоте контроллера памяти (на слайде - uclk) имеет собственный набор множителей, которые можно изменять через биос материнских плат.

И уже одно это обстоятельство максимально красноречиво говорит о том, что Ryzen 3000 не будут отличаться столь же жёсткой зависимостью от частоты оперативной памяти, как их предшественники.

С другой стороны, частота контроллера памяти остаётся в прямой зависимости от частоты самой оперативки, и это остаётся темой для следующего раздела.

Ryzen 3000 и максимальная частота оперативной памяти

С Ryzen 1000 и Ryzen 2000 в этом отношении всё было максимально просто: чем выше частота оперативки, тем выше частота и контроллера памяти, и шины Infinity Fabric. С Ryzen 3000 всё немного сложнее. Дело в том, что частота контроллера памяти (uclk) здесь не может превышать частоту шины Infinity Fabric (fclk), которая в автоматическом режиме не повышается выше 1800 МГц.

На практике это означает следующее.

Пока частота оперативной памяти не превышает 3600 МГц, частота её контроллера не превышает 1800 МГц, и всё работает в штатном режиме. Если же вы хотите разогнать оперативную память сильнее - выставив, к примеру, 3733 МГц, то автоматически срабатывает делитель 2:1, и частота контроллера памяти снижается вдвое – вместо ожидаемых 1866 МГц вы получаете 933 МГц.

Разумеется, это сказывается на производительности подсистемы памяти – а точнее, в первую очередь на её задержках.

Как можно видеть, задержки при активации делителя весьма заметно возрастают, и режим DDR4-3600 на первый взгляд кажется оптимальным…

…Однако есть одно большое «НО». Да, частота контроллера памяти не может быть выше частоты шины Infinity Fabric. Но вот частота Infinity Fabric – ни разу не аксиома, и она не ограничена отметкой в 1800 МГц, как любят писать некоторые обзорщики.

Реальный «потолок» частоты Infinity Fabric на данный момент (и это надо подчеркнуть!!!) составляет 1933 МГц, то есть максимальная частота оперативной памяти, после которой срабатывает делитель, составляет не 3600, а 3866 МГц.

Причём даже 1933 МГц – не аппаратное ограничение. Для Infinity Fabric доступно гораздо больше множителей. Это скорее похоже на программный блок, поскольку любая попытка перешагнуть черту приводит к уходу материнской платы в ошибку и сбросу настроек биос.

Действительно ли это ограничение является программным, и поднимет ли AMD «потолок» разгона Infinity Fabric в будущем – вопрос скорее риторический.

На данный момент очевидно, что оперативную память можно легко разгонять до 3800/3866 МГц при сохранении соотношения Mclk/Uclk как 1:1 – и, соответственно, без потерь в латентности памяти. Более того – если ограничиться частотой 3600 МГц, то и манипуляции с Fclk производить не нужно – частота в 1800 МГц выставится автоматически.

Выводы

Здесь хотелось бы сказать, что при разработке архитектуры Zen 2 компания AMD провела серьёзную работу в части оптимизации своих ЦПУ – однако это не совсем так. Работы по оптимизации велись параллельно, и включали в себя выпуск новых версий протокола AGESA, новых драйверов и даже сотрудничество с Microsoft для оптимизации Windows 10 под архитектуру процессоров Ryzen.

Ryzen 3000 – скорее финальный этап всего этого процесса, делающий то, чего нельзя было сделать программным путём. Мы получили новую шину Infinity Fabric с большей пропускной способностью, избавились от привязки её частоты к частоте контроллера памяти, и всё это должно было привести к заметным изменениям…

…Но на практике большинство этих изменений произошли ещё с Ryzen 2000 в их актуальном состоянии – ведь даже там зависимость от частоты и таймингов оперативной памяти на практике проявляется в гораздо меньшей мере, нежели в комментариях.

Ryzen 3000 позволяют разгонять память до больших частот и сильнее понижать тайминги, но их производительность в реальных практических задачах изменяется от этого не в большей степени, чем на конкурирующей платформе. Разумеется, есть смысл разгонять модули со штатных 2133-2666 МГц, но гоняться за предельными (на данный момент!!!) 3800-3866 МГц стоит разве только из спортивного интереса.

Разумеется, учитывая перечень доступных на данный момент частот Fclk, у Ryzen 3000 остаётся теоретический потенциал для дальнейшего повышения «потолка» разгона памяти. Но вот воспользуется ли им AMD – вопрос исключительно времени. Да и даст ли реальный прирост разгон памяти до 4000 МГц и выше, если таковой станет возможным без понижения частоты Uclk?

Теоретизировать на эту тему можно долго. Но на сегодняшний день оптимальным вариантом будут совершенно среднестатистические 3466-3600 МГц, сопровождающиеся низкими таймингами. А это на сегодняшний день – результат, достижимый даже для бюджетных модулей, лишь бы они были собраны на более-менее «разгонябельных» чипах.

Архитектура Zen 3 в процессорах AMD Ryzen 5000 сделала заметный рывок производительности благодаря увеличению показателя выполнения операций за такт на 19% и повышения рабочих тактовых частот.

Основным нововведением архитектуры Zen 3 стала перекомпоновка внутренних «модулей» со значительными микроархитектурными изменениями. Инженеры объединили два CCX-комплекса внутри каждого восьмиядерного кристалла в единый блок. Это позволило всем восьми ядрам в одном CCX-комплексе иметь полный доступ к кеш-памяти, что ускорило работу всей подсистемы памяти и снижает задержки при обмене данными. Благодаря такому шагу в шести- и восьмиядерных процессорах Zen 3 основная шина Infinity Fabric стала полностью разгружена от межъядерного траффика и стала отвечать лишь за взаимодействие с контроллерами интерфейсов DRAM DDR4 и PCI Express 4.0. Однако она не потеряла полностью своего предназначения со старшими двенадцати- и шестнадцатиядерными процессорами, где связь между двумя CCD-чиплетами сохранена.

Второй важной особенностью является принцип работы шины Infinity Fabric. Она имеет собственный тактовый домен, синхронизируемым с физической частотой памяти. Благодаря оптимизациям и некоторой разгрузке межъядерного обмена данными стабильной работы можно добиться в режиме DDR4-3600 в синхронном режиме и более в асинхронном режиме.

Однако в общий алгоритм работы вмешивается еще один участник – непосредственно контроллер памяти DRAM DDR4. Поскольку он независим от процессорных ядер, то также имеет свою рабочую частоту. В совокупности мы получаем, что работа подсистемы памяти процессоров семейства Ryzen 5000 имеет три независимых параметра – частоту оперативной памяти, частоту шины Infinity Fabric и частоту контроллера памяти. Инженеры AMD постарались согласовать все три генератора в соотношении 1:1:1 в режиме до DDR4-3600 включительно, после чего работа каждого компонента изменяются согласно таблице.

Частота памяти (MCLK)Частота Infinity Fabric (FCLK)Частота контроллера памяти (UCLK)До DDR4-3600до 1800 МГцFCLK = MCLKUCLK = MCLKDDR4-3600MCLK = 1800 МГцFCLK = MCLKUCLK = MCLKПосле DDR4-3600выше 1800 МГцFCLK = 1800 МГцUCLK = ½ MCLK

Поэтому в разгоне важно следить за частотой оперативной памяти выше 3600 МГц, вручную активируя частоту шину Infinity Fabric равную половине показателя DDR4 и не забывать выставлять режим UCLK=MemCLK.

Пределом стабильной работы для процессоров в синхронном режиме стала частота оперативной памяти 4000 МГц, контроллера памяти и шины Infinity Fabric – 2000 МГц. Тайминги понижены до «16-16-16 32-Т1», уменьшены вторичные тайминги. Остальные параметры выставлены в режиме «Auto», включая напряжения SoC, VDDP, VDDG.

Частота оперативной памяти 4000 МГц и тайминги будет отправной точкой для нашего тестирования. Другие частоты будут достигаться уменьшением множителя с указанными параметрами, включая шину Infinity Fabric и контроллер памяти, кроме частоты 2133 МГц с автоматическими настройками по умолчании.

Режим MCLK:FCLK:UCLK = 1:1:1

Для максимальной стабильной частоты DDR4-4000 и демонстрации производительности добавлен асинхронный режим MCLK:FCLK:UCLK = 1:1:2.

Результаты тестирования

В первую очередь взглянем на AIDA64 бенчмарк кэша и памяти на системе с различной частотой памяти DDR4.

Наблюдаем взрывной рост производительности до частоты DDR4-3600, заявленной компанией AMD как наиболее оптимальной для высокоэффективного быстродействия процессоров AMD Ryzen 5000 в независимости от компоновки CCX-комплексов и чипсетов. Дальнейшее повышение частоты ведет к менее значительному росту.

Латентность оперативной памяти.

Задержки памяти также заметно снижаются, но до порога DDR4-3200. Отметим, что асинхронный режим в значительной степени пока лишь продемонстрировал падение в данном тесте.

Тест быстродействия обработки данных WinRAR.

В обработке потока данных тест быстродействия WinRAR демонстрирует прирост производительности на 34% для младшего процессора AMD Ryzen 5 5600X с одним CCX при разгоне от 2133 МГц до 4000 МГц в синхронном режиме и на внушительные +52% для двух комплексного CCX старшего процессора Ryzen 9 5950X.

Игровую производительность оценивали в «Ведьмак 3: Дикая Охота» с минимальными настройками графики в разрешении 720p для уменьшения влияния графической составляющей.

Игра The Witcher 3: Wild Hunt блестяще реагирует на многоядерность системы, и мы снова наблюдаем как частота памяти и шины Infinity Fabric влияет на взаимосвязь в старшем процессоре Ryzen 9 5950X. При стоковой частоте DDR4-2133 она даже ниже младшей модели, но по мере оверклокинга наблюдается ошеломительный прирост до отметки DDR4-3600 МГц.

Графические пакеты бенчмарки 3DMark Fire Strike и Time Spy, показатели Physics Score и CPU Score соответственно.

Тест 3DMark Fire Strike практически не замечает разгона оперативной памяти.

Однако пакет Time Spy значительно лучше демонстрирует связь частоты и влияния связи шины Infinity Fabric между CCX-комплектами: напомним, что Ryzen 5 5600X имеет один блок CCX с шестью ядрами, а Ryzen 9 5950X – два блока CCX, соединенные шиной IF. Прирост составляет 13,5% и потрясающие 42,4%% соответственно. Для моделей Ryzen 7 5800X и Ryzen 9 5900X ситуация будет аналогичная (один и два CCX).

Результаты бенчмарков Cinebench R20 и Cinebench R23 от компании Maxon.

Текущие тесты, наоборот, продемонстрировали небольшой спад производительности при многоядерном прогоне. Перегрев был исключен. Возможно, с ростом частот значительнее возрастает нагрузка на контроллер памяти, который сказывался на системе процессора по удержанию заданного лимита (CPU функционировали в стоке), поэтому, как и на решениях Intel чем сильнее разгон оперативной памяти, тем сильнее нагрузка на соответствующие блоки и тем выше нагрев и потребление.

Заключение

Влияние частоты оперативной памяти на процессоры AMD Ryzen 5000 неоспоримо и как мантра повторяется уже чуть ли не по телевидению. Однако нам хотелось подробнее изучить данный вопрос с обновлением прошивок BIOS, последней версией AGESA и драйверами, влияющие на оптимизации и быстродействия конечных продуктов, и конечно же на взаимосвязь младшего и старшего процессоров с различной компоновкой.

AMD Ryzen 5 5600X остается бодрым шестиядерным процессором c одним CCD-чиплетом и IOD-чиплетом, где основная связь возлагается на шину Infinity Fabric. Как мы убедились последняя зависит от частоты оперативной памяти, как и контроллер памяти, поэтому отправной точкой для Ryzen 5 5600X и, следовательно, для Ryzen 7 5800X является частота в режиме DDR4-3200, а более благоприятная отметка достигается при DDR4-3600. Дальнейший рост наблюдается, однако, каждый шаг достигается все более высокими жертвами и меньшей выручкой. В общем итоге средний прирост составляет +28,5%! Если вы приобрели подобную систему и неуверенно разбираетесь в «железе», то нашей рекомендацией будет текущая проверка на какой частоте памяти DDR4 работает ваша система: нередко пользователи и сборщики забывают активировать хотя бы профиль XMP и работают на пониженной частоте 2133-2400 МГц, когда нашим минимумом является 3200 МГц!

Для топового процессора AMD Ryzen 9 5950X справедливы все вышесказанные утверждения. Но не стоит забывать, что у него и версии Ryzen 5 5900X один блок CCX стоит особняком и там связь держится на той же шине IF, которая чувствительна к любому «чиху». Поэтому даже после частоты DDR4-3600 мы наблюдаем менее линейный, но прирост быстродействия: здесь стоит побороться хотя бы за частоту памяти 3800 МГц, а отметка ниже DDR4-3200 карается наказанием самого себя потерей драгоценных FPS в играх и лишних минутах при обработке больших потоков данных! Средний прирост производительности от 2133 МГц к 4000 МГц составляет аж +48%!